Om bepaalde aspecten van cellen te bestuderen, onderzoekers hebben het vermogen nodig om de ingewanden eruit te halen, manipuleer ze, en leg ze terug. De mogelijkheden voor dit soort werk zijn beperkt, maar onderzoekers rapporteren 10 mei in celmetabolisme beschrijven een "nanoblade" dat door het membraan van een cel kan snijden om mitochondriën in te voegen. De onderzoekers hebben deze technologie eerder gebruikt om andere materialen tussen cellen over te brengen en hopen het nanoblade te commercialiseren voor breder gebruik in bio-engineering.

"Als een nieuw hulpmiddel voor celtechniek, om cellen echt te manipuleren voor gezondheidsdoeleinden en onderzoek, Ik vind dit heel bijzonder, " zegt Mike Teitell, een patholoog en bio-ingenieur aan de Universiteit van Californië, Los Angeles (UCLA). "Tot nu toe zijn we nog niets tegengekomen, tot enkele micron groot, die we niet kunnen leveren."

Teitell en Pei-Yu "Eric" Chiou, ook een bio-ingenieur aan de UCLA, kwam enkele jaren geleden voor het eerst op het idee van een nanoblade om een ​​kern van de ene cel naar de andere over te brengen. Echter, ze doken al snel in de kruising van stamcelbiologie en energiemetabolisme, waar de technologie kan worden gebruikt om de mitochondriën van een cel te manipuleren. Het bestuderen van de effecten van mutaties in het mitochondriale genoom, die bij mensen slopende of dodelijke ziekten kunnen veroorzaken, is om een ​​aantal redenen lastig.

"Er is een knelpunt in het veld voor het wijzigen van het mitochondriale DNA van een cel, " zegt Teitell. "Dus we werken aan een proces in twee stappen:het mitochondriale genoom buiten een cel bewerken, en neem dan die gemanipuleerde mitochondriën en stop ze terug in de cel. We zijn nog bezig met de eerste stap, maar dat tweede probleem hebben we goed opgelost."

Het nanoblade-apparaat bestaat uit een microscoop, laser, en titanium-gecoate micropipet om te fungeren als het "blad, " bediend met een joystickcontroller. Wanneer een laserpuls het titanium raakt, het metaal warmt op, het verdampen van de omringende waterlagen in de kweekmedia en het vormen van een bel naast een cel. Binnen een microseconde, de bubbel zet uit, het genereren van een lokale kracht die het celmembraan doorboort en een doorgang creëert van enkele microns lang die de "lading" - in dit geval, mitochondriën - kunnen er doorheen worden geduwd. De cel herstelt vervolgens snel het membraandefect.

Teitell, Chiou, en hun team gebruikte het nanoblade om gelabelde mitochondriën van menselijke borstkankercellen en embryonale niercellen in cellen zonder mitochondriaal DNA in te voegen. Toen ze daarna het nucleaire en mitochondriale DNA bepaalden, de onderzoekers zagen dat de mitochondriën met succes waren overgedragen en gerepliceerd door 2% van de cellen, met een scala aan functionaliteiten. Andere methoden van mitochondriale overdracht zijn moeilijk te controleren, en wanneer is gemeld dat ze werken, de slagingspercentages waren volgens de onderzoekers slechts 0,0001-0,5%.

"Het succes van de mitochondriale overdracht was zeer bemoedigend, " zegt Chiou. "De meest opwindende toepassing voor het nanoblade, naar mij, is in de studie van mitochondriën en infectieziekten. Deze technologie brengt nieuwe mogelijkheden met zich mee om deze gebieden vooruit te helpen."

De ambities van het team gaan ook veel verder dan mitochondriën, en ze hebben het nanoblade-apparaat al opgeschaald naar een geautomatiseerde versie met hoge doorvoer. "We willen een platform maken dat voor iedereen gemakkelijk te gebruiken is en onderzoekers in staat stellen alles te bedenken wat ze maar kunnen bedenken, een paar micron of kleiner dat nuttig zou kunnen zijn voor hun onderzoek - of dat nu het inbrengen van antilichamen is, ziekteverwekkers, Synthetische materialen, of iets anders dat we ons niet hebben kunnen voorstellen, ", zegt Teitell. "Het zou heel gaaf zijn om mensen iets te laten doen wat ze nu niet kunnen."